第一篇：高分子物理實(shí)驗(yàn)的電子版教案2

實(shí)驗(yàn)6 偏光顯微鏡觀察聚合物的結(jié)構(gòu)

一、目的要求

通過(guò)偏光顯微鏡直接觀察，了解聚合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)或無(wú)定形結(jié)構(gòu)

二、基本原理

聚合物的性能主要決定于它的結(jié)構(gòu)。高分子聚集在一起有兩種主要方式，即結(jié)晶態(tài)和無(wú)定形態(tài)。如果高分子鏈在空間三個(gè)方向上形成有序排列，這種有規(guī)律的排列結(jié)構(gòu)稱為聚合物的結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)；若高分子鏈成為無(wú)序排列，則稱為非晶相或稱為無(wú)定形結(jié)構(gòu)。

利用普通光學(xué)顯微鏡能直接觀察聚合物的外觀結(jié)構(gòu)，如均勻性、粒子的大小及分布等。不含填料和雜質(zhì)的多數(shù)無(wú)定形聚合物，在顯微鏡下都是無(wú)色清澈透明的。但普通光學(xué)顯微鏡只能看到聚合物中的粒子形態(tài)，不能鑒別是晶體還是非晶體，而偏光顯微鏡利用晶體與非晶體對(duì)偏振光有不同的反應(yīng)，可以觀察到粒子是晶體還是非晶體。

三、試樣與儀器

1.偏光顯微鏡

偏光顯微鏡的主要結(jié)構(gòu)與普通光學(xué)顯微鏡相同，主要有目鏡和物鏡組成，所產(chǎn)生的圖象是樣品放大的倒像?？偟姆糯蟊稊?shù)等于目鏡和物鏡放大倍數(shù)的乘積。不同的是偏光顯微鏡比普通光學(xué)顯微鏡多加了兩塊偏振鏡。

下偏振鏡位于光源與聚光鏡之間，它的作用是使通過(guò)樣品前的自然光變成偏振光，而上偏振鏡位于目鏡與物鏡之間，它的物理作用與下偏振鏡相同。當(dāng)光線通過(guò)上偏振鏡時(shí)，如果是具有一定振動(dòng)方向的偏振光，旋轉(zhuǎn)上偏振鏡則視場(chǎng)有明暗之別；如果是沒(méi)有確定方向的自然光，旋轉(zhuǎn)上偏振鏡，光都能通過(guò)，則視場(chǎng)始終是明亮的，故上偏振鏡又稱檢偏振鏡。

上、下兩偏振鏡的偏振軸相互平行時(shí)，光線能全部通過(guò)上偏振鏡，視場(chǎng)最亮。上、下兩偏振鏡的偏振軸相互垂直時(shí)，光線完全不能通過(guò)上偏振鏡，視場(chǎng)最暗。因此，當(dāng)固定其中一個(gè)偏振鏡，把另一個(gè)偏振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)180o，就看到視場(chǎng)有明暗交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。

上、下兩偏振鏡的偏振軸相互垂直，便組成所謂“正交偏光鏡”，用偏光顯微鏡觀察聚合物結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，通常是在正交偏光鏡下觀察。

在正交偏光鏡下觀察非晶態(tài)聚合物時(shí)，視場(chǎng)是暗的，這種現(xiàn)象叫消光。把載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)360o，消光現(xiàn)象不變，這叫永久消光或全消光（見(jiàn)圖 1 所示），永久消光是非晶態(tài)聚合物的固有特征，是區(qū)分結(jié)晶聚合物和非晶態(tài)聚合物的重要依據(jù)。

在非晶態(tài)聚合物中，光在各個(gè)方向的傳播速度是相同的。這是因?yàn)榉蔷B(tài)聚合物的分子鏈呈無(wú)序排列屬于均勻體，它對(duì)于來(lái)自于下偏振鏡的偏振光不會(huì)改變?nèi)肷淦獾恼駝?dòng)方向，傳至上偏振鏡時(shí)，光的振動(dòng)方向仍然與上偏振鏡允許通過(guò)的振動(dòng)方向互相垂直，光不能通過(guò)，故視場(chǎng)呈黑暗。又因非晶體各向同性，故轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)也不會(huì)改變?nèi)肷涔獾男再|(zhì)，所以消光現(xiàn)象不變。

在正交偏光鏡下觀察結(jié)晶態(tài)聚合物時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)360o，視場(chǎng)出現(xiàn)明暗交替四次（見(jiàn)圖2所示）。四次消光是結(jié)晶聚合物的特征。因?yàn)榻Y(jié)晶聚合物的分子鏈有規(guī)律排列，它對(duì)來(lái)自下偏光鏡的偏光能產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，分解形成兩個(gè)互相垂直的偏光，以不同的速度通過(guò)結(jié)晶聚合物，傳至上偏振鏡時(shí)，其中一個(gè)偏光與上偏振鏡中允許通過(guò)的振動(dòng)方向相互垂直，光不能通過(guò)，而另一個(gè)則與上偏振鏡允許通過(guò)的振動(dòng)方向平行，光能通過(guò)，則視場(chǎng)明亮，可以看到晶體狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)360o時(shí)，由于雙折射而形成的偏振光與上下偏光鏡的振動(dòng)面有四次平行與垂直，故出現(xiàn)明暗交替四次。

圖1.自然光通過(guò)正交偏光

圖2.自然光通過(guò)正交偏光 鏡之間非晶態(tài)聚合物示意圖

鏡之間晶態(tài)聚合物示意圖

2.試樣 PP薄膜。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.聚合物樣品制備：

制備聚合物薄膜樣品的方法，常用熔融法或溶液法。本實(shí)驗(yàn)采用熔融法，即將少量聚合物放在載玻片上，蓋上蓋玻片，在蓋玻片上施加一定的壓力，放在加熱箱內(nèi)，逐漸升溫到聚合物的熔點(diǎn)（或熔限）溫度以上，然后自然降溫，降溫速度不要太快，以使晶體長(zhǎng)大，直徑達(dá)到數(shù)百微米，用偏光顯微鏡便可以觀察。

2.在偏光顯微鏡下觀察聚合物的形狀結(jié)構(gòu)：

① 把盛有聚合物的載玻片放在載物臺(tái)上，只用一個(gè)偏光鏡進(jìn)行觀察（把下偏振片拖出，只用上偏振鏡），對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)，便可觀察到聚合物樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)，例如均勻性、粒子大小及分布情況。

②把下偏振鏡旋入，使上下偏振鏡的偏振軸互相垂直（即處于正交位置），這樣就能在正交偏光鏡下觀察，如果試樣是非晶態(tài)聚合物，則整個(gè)視場(chǎng)是黑暗的；如果試樣是結(jié)晶聚合物，則可看到聚合物晶態(tài)的形態(tài)，把載物臺(tái)選轉(zhuǎn)360o，則可看到四明四暗的現(xiàn)象。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、簡(jiǎn)述偏光顯微鏡觀察聚合物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)原理。

2、明確操作步驟和注意事項(xiàng)。

3、記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象，結(jié)合學(xué)過(guò)的理論知識(shí)分析現(xiàn)象產(chǎn)生原因

六、預(yù)習(xí)要求

1、弄清實(shí)驗(yàn)原理；

2、了解偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)，操作規(guī)程及注意事項(xiàng)。

3、寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告。

七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1、實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，集中精神聽(tīng)指導(dǎo)講解，操作時(shí)，認(rèn)真細(xì)致，注意安全。

2、同組同學(xué)要分工協(xié)作。

第二篇：高分子物理實(shí)驗(yàn)的電子版教案5

實(shí)驗(yàn)9 維卡軟化點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.測(cè)定熱塑材料的維卡軟化點(diǎn)溫度，并掌握其實(shí)驗(yàn)方法； 2.正確使用熱變形、維卡軟化點(diǎn)測(cè)定儀，二、實(shí)驗(yàn)原理

無(wú)定形高聚物在較低溫度時(shí)，整個(gè)分子鏈和鏈段只能在平衡位置上振動(dòng)，此時(shí)，聚合物很硬，像玻璃一樣，加上外力只能產(chǎn)生較小的變形，除掉外力，又恢復(fù)原狀。這時(shí)聚合物是處于玻璃態(tài)，當(dāng)溫度升高到某一溫度，整個(gè)分子鏈相對(duì)其他分子來(lái)說(shuō)仍然不能運(yùn)動(dòng)，但分子內(nèi)各個(gè)鏈段可以運(yùn)動(dòng)，通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)，分子可以改變形狀，這時(shí)在外力作用下，高聚物可以發(fā)生很大變形，這時(shí)高聚物處于高彈態(tài)，再繼續(xù)升溫，高聚物整個(gè)分子鏈都可以發(fā)生位移，高聚物成為可以流動(dòng)的粘稠態(tài)，稱為粘流態(tài)。

各種塑料在高溫作用下，所發(fā)生的變化是不同的，溫度在很大的程度上影響著塑料各方面的性質(zhì)，為了測(cè)量塑料隨著溫度上升而發(fā)生的變形，確定塑料的使用溫度范圍，設(shè)計(jì)了各種各樣的儀器，規(guī)定了許多實(shí)驗(yàn)方法。最常用的是“馬丁耐熱實(shí)驗(yàn)方法”、“維卡軟化實(shí)驗(yàn)方法”、“熱變形溫度實(shí)驗(yàn)方法”。這些方法所測(cè)定的溫度，僅僅是該方法規(guī)定的載荷大小，施力方式，升溫速度下到達(dá)規(guī)定的變形值的溫度，而不是這種材料的使用溫度上限。

維卡軟化點(diǎn)溫度指在特定的均勻的升溫速度條件下，施加特定的負(fù)載后，橫截面積1mm平頭針刺入塑料試樣中1mm時(shí)的溫度。

將被測(cè)試樣裝在頂針下面，載荷桿與其垂直，放入熱載體硅油中，裝好百分表，然后用選定的升溫速度開(kāi)始升溫，用百分表讀取針頭垂直壓入試樣的深度，當(dāng)該深度達(dá)到1mm時(shí)，讀取此時(shí)的溫度即為維卡軟化點(diǎn)溫度。

2三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件

XWY-300型熱變形、維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀。1.技術(shù)參數(shù)：

（1）.測(cè)試范圍 室溫～120 oC（2）每次測(cè)量試樣數(shù)量 3件

（3）加熱功率 3000W/200V（4）保溫浴槽等速升溫 A= 5 ? 0.5 oC /6 min B = 12 ? 1.0 oC /6 min(5)靜負(fù)載范圍 A=5000 ? 5.0g B = 5000 ? 5.0g(6)變形測(cè)量精度 0.01mm(7)液體傳熱介質(zhì) 硅油或變壓器油 2.結(jié)構(gòu)及工作原理

本機(jī)為機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，主要由測(cè)量控制系統(tǒng)與主機(jī)兩部分組成。主機(jī)裝有自動(dòng)提升、保溫浴槽、位移傳感器及溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)了電控測(cè)量、數(shù)字顯示、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理。3.操作面板使用說(shuō)明

3LD 電源指示燈； 2STB 工作臺(tái)停止； 2SQB 工作臺(tái)升； 3SQB 工作臺(tái)降； 4LD 加熱指示； 1SQB 加熱啟動(dòng)按鈕； 1STB 加熱停止按鈕； KK 攪拌機(jī)開(kāi)/停開(kāi)關(guān)。

4.維卡試驗(yàn)機(jī)測(cè)控軟件界面說(shuō)明

（1）溫度顯示框：顯示當(dāng)前三架位攝氏溫度

（2）（位移顯示框：顯示當(dāng)前三架位相對(duì)零點(diǎn)的位移量

（3）參數(shù)顯示框：顯示當(dāng)前上次試驗(yàn)以及當(dāng)前試驗(yàn)設(shè)置的溫升速率以及最高溫限（4）時(shí)間顯示框：顯示當(dāng)前時(shí)間以及當(dāng)前試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間

（5）態(tài)顯示框：顯示三架位溫度傳感器的工作參數(shù)以及工作狀態(tài)，并在試驗(yàn)中顯示已經(jīng)得到的目標(biāo)溫度數(shù)值

（6）圖形顯示框：顯示測(cè)試中溫度—位移曲線（7）功能選擇： a)

維卡”“變形”：選擇系統(tǒng)功能狀態(tài)，選擇“維卡”功能狀態(tài)后，系統(tǒng)進(jìn)入維卡測(cè)試狀態(tài)，下面的各項(xiàng)操作功能均為維卡試驗(yàn)；選擇“變形”功能后，系統(tǒng)進(jìn)入熱變形測(cè)試狀態(tài)，下面的各項(xiàng)操作功能均為熱變形測(cè)試。b)c)d)

試驗(yàn)開(kāi)始：?jiǎn)?dòng)所設(shè)定的試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)終止：中斷所設(shè)定的試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：根據(jù)GB-1633以及GB-1634要求，對(duì)所作試驗(yàn)需要的參數(shù)，進(jìn)行設(shè)置。其中，試驗(yàn)序號(hào)必須為唯一值，并符合文件名命名規(guī)范，它用來(lái)對(duì)溫度—位移曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行文件保存。e)

度、位移進(jìn)行校準(zhǔn) f)g)實(shí)驗(yàn)條件

1.試樣厚度＞3mm，面積＞10mm?10mm要求表面平整光滑。2.加在試樣上面載荷質(zhì)量為5kg。

結(jié)果處理：對(duì)上次完成的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行報(bào)告處理。該項(xiàng)處理應(yīng)退出：系統(tǒng)退出 當(dāng)及時(shí)進(jìn)行，當(dāng)有新的試驗(yàn)完成后，上次試驗(yàn)結(jié)果將丟失！

系統(tǒng)設(shè)置：可以設(shè)置統(tǒng)本身的一些參數(shù)設(shè)置，以及對(duì)系統(tǒng)的溫

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.接通電源，使主機(jī)和控制系統(tǒng)接通

2.進(jìn)入控制界面 3.放置試樣 4.維卡測(cè)試過(guò)程

選擇“維卡”功能，設(shè)置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果處理

實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理。

2、明確操作步驟和注意事項(xiàng)。

3.列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

六、預(yù)習(xí)要求

1、弄清實(shí)驗(yàn)原理。

2、了解維卡試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)，操作規(guī)程及注意事項(xiàng)（來(lái)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行）。

3.寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告。

七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，集中精神聽(tīng)指導(dǎo)講解，操作維卡試驗(yàn)機(jī)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真細(xì)致，注意安全，維護(hù)實(shí)驗(yàn)室秩序。

第三篇：高分子物理實(shí)驗(yàn)總結(jié)(加強(qiáng)版)

實(shí)驗(yàn)一 熔體流動(dòng)速率的測(cè)定

塑料熔體流動(dòng)速率（MFR）：是指在一定溫度和負(fù)荷下，塑料熔體每10min通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)原理：一定結(jié)構(gòu)的塑料熔體，若所測(cè)得MFR愈大，表示該塑料熔體的平均分子量愈低，成型時(shí)流動(dòng)性愈好。但此種儀器測(cè)得的流動(dòng)性能指標(biāo)是在低剪切速率下獲得的，不存在廣泛的應(yīng)力－應(yīng)變速率關(guān)系。因而不能用來(lái)研究塑料熔體粘度與溫度，粘度與剪切速率的依賴關(guān)系，僅能比較相同結(jié)構(gòu)聚合物分子量或熔體粘度的相對(duì)數(shù)值。

（1）為什么要分段取樣？答：分段取樣取平均值能使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確，且利于去除壞點(diǎn)，減小試驗(yàn)誤差。（2）哪些因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？舉例說(shuō)明。答：①標(biāo)準(zhǔn)口模內(nèi)徑的選擇

不同的塑料應(yīng)選擇不同的口模內(nèi)徑，否則實(shí)驗(yàn)誤差較大。②實(shí)驗(yàn)溫度 物料的形態(tài)與溫度有關(guān)，不同的溫度下，物料的熔體流動(dòng)速率不同。③負(fù)荷 不同負(fù)荷下，壓力不同則影響樣條質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)二 掃描電子顯微鏡觀察物質(zhì)表面微觀結(jié)構(gòu) 背散射電子

背散射電子是被固體樣品中的原子核反彈回來(lái)的一部分入射電子，其中包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。背散射電子來(lái)自樣品表層幾百納米的深度范圍，被散射電子系數(shù)可用л=KE表示，式中，K，m均為與原子序數(shù)有關(guān)的常數(shù)。因此，它的產(chǎn)額能隨樣品原予序數(shù)增大而增多．所以不僅能用作形貌分折，而且可以用來(lái)顯示原子序數(shù)襯度，定性地用作成分分析。

二次電子

在入射電子束作用下被轟擊出來(lái)并離開(kāi)樣品表面的樣品的核外電子叫做二次電子。

二次電子的能量較低，一般都不超過(guò)8×10J（50ev），大多數(shù)二次電子只帶有幾個(gè)電子伏能量，因此二次電子逃逸深度一般只在表層5－10nm深度范圍內(nèi)。

二次電子發(fā)射系數(shù)與入射電子和樣品表面法線夾角а的關(guān)系可用σа=σ/cosа表示，可見(jiàn)樣品的棱角、尖峰等處會(huì)產(chǎn)生較多的二次電子，因此，二次電子對(duì)樣品的表面形貌十分敏感，能非常有效的顯示樣品的表面形貌。二次電子的產(chǎn)額和原子序數(shù)之間役有明顯的依賴關(guān)系。所以不能用它來(lái)進(jìn)行成分分折。X 射線

當(dāng)樣品原子的內(nèi)層電子被入射電子激發(fā)或者電離時(shí)，原子就會(huì)處于能量較高的激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)外層電子將向內(nèi)層躍遷以填補(bǔ)內(nèi)層電子的空缺。從而使具有特征能量X射線釋放出來(lái)。2.2 掃描電子顯微鏡工作原理

掃描電子顯微鏡(SEM)采用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號(hào)可以是二次電子、背散射電子、特征X 射線或俄歇電子，其中二次電子是最主要的成像信號(hào)，用于進(jìn)行材料的表面形貌分析。

二次電子產(chǎn)生的數(shù)量依賴于入射電子束與樣品表面法線的夾角（入射角），而樣品表面形態(tài)的變化則會(huì)引起入射角的改變，因此，二次電子的產(chǎn)額是樣品表面特征的函數(shù)。電子光學(xué)系統(tǒng)包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室

四、思考題

m 2.電鏡的固有缺陷有哪幾種？像閃是怎樣產(chǎn)生的？

答，球差，色差，衍色差，像閃。極革化材料加工精度，極革化材料結(jié)構(gòu)和成分不均勻性影響磁飽和，導(dǎo)致場(chǎng)的不均勻性造成像閃。實(shí)驗(yàn)三 聚合物差熱熱重同時(shí)熱分析法

差熱分析是在溫度程序控制下測(cè)量試樣與參比物之間的溫度差隨溫度變化的一種技術(shù)。簡(jiǎn)稱DTA差示掃描量熱法是在溫度程序控制下測(cè)量試樣相對(duì)于參比物的熱流速度隨溫度變化的一種技術(shù)。簡(jiǎn)稱DSC DTA、DSC在高分子方面的主要用途是：①研究聚合物的相轉(zhuǎn)變，測(cè)定結(jié)晶溫度Tc、熔點(diǎn)Tm、結(jié)晶度XD、等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)參數(shù)。②測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。③研究聚合、固化、交聯(lián)、氧化、分解等反應(yīng)，測(cè)定反應(yīng)溫度或反應(yīng)溫區(qū)、反應(yīng)熱、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

聚合物DTA曲線或DSC曲線的模式圖分析：當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)，試樣的熱容增大就需要吸收更多的熱量，使基線發(fā)生位移。假如試樣是能結(jié)晶的，并且處于過(guò)冷的非晶狀態(tài)，那么在Tg以上可以進(jìn)行結(jié)晶，同時(shí)放出大量的結(jié)晶熱而產(chǎn)生一個(gè)放熱峰。進(jìn)一步升溫，結(jié)晶熔融吸熱，出現(xiàn)吸熱峰。再進(jìn)一步升溫，試樣可能發(fā)生氧化、交聯(lián)反應(yīng)而放熱，出現(xiàn)放熱峰，最后試樣則發(fā)生分解，吸熱，出現(xiàn)吸熱峰。

熱重分析法簡(jiǎn)稱TGA：它是測(cè)定試樣在溫度等速上升時(shí)重量的變化，或者測(cè)定試樣在恒定的高溫下重量隨時(shí)間的變化的一種分析技術(shù)。

TG-DTA同時(shí)熱分析儀器的主要優(yōu)點(diǎn)： 1．能方便的區(qū)分物理變化和化學(xué)變化；

2．TG和DTA曲線分別表示于同一反應(yīng)的兩重要側(cè)面，一一對(duì)應(yīng)，便于比較，相互補(bǔ)充，可得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；

3．節(jié)省人力、時(shí)間和開(kāi)支，也可節(jié)省占地面積。思考題

1，影響Tg的因素？答：內(nèi)因：①主鏈柔性：主鏈柔性越好，Tg越低。②取代基：側(cè)基的極性越強(qiáng)，Tg越高：增加分子鏈上極性基團(tuán)的數(shù)量，也能提高聚合物的Tg；取代基位阻增加，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻程度增加，Tg升高。③構(gòu)型：全同結(jié)構(gòu)的Tg較低④分子量:當(dāng)分子量較低時(shí)，聚合物的Tg隨分子量的增加而增加。⑤鏈間的相對(duì)作用：高分子鏈間相互作用降低了鏈的活動(dòng)性，因而Tg增高。

外因：因測(cè)量Tg的方式不同，而導(dǎo)致Tg不同。當(dāng)升溫速率過(guò)快事，因聚合物分子量的滯后現(xiàn)象，而引起所測(cè)得的Tg偏高。當(dāng)升溫速率過(guò)慢是，所測(cè)得的Tg偏低。4同一聚合物樣品，TG測(cè)試得到樣品分解溫度及DSC測(cè)試得到的玻璃化溫度，結(jié)晶溫度晶體熔融溫度等分別在兩次不同的測(cè)試下得到的結(jié)果有明顯差異，請(qǐng)舉例說(shuō)明這些差異的原因。答受條件不同，結(jié)果也不同，具體因素可能為1，通入氣體的種類即氣氛不同，N2不參與反應(yīng)，熱效應(yīng)小，影響不大。2升溫速率不同。累計(jì)質(zhì)量變化能被天平檢測(cè)的溫度稱為起始溫度，累計(jì)質(zhì)量變化達(dá)到最大的溫度稱為終了溫度，之間的溫度稱為反應(yīng)區(qū)間，如果升溫速率太快反應(yīng)溫度就會(huì)不均勻不能得到準(zhǔn)確的峰，相反，試量少一些溫度會(huì)相對(duì)均勻，就可以得到尖銳的峰形和相對(duì)準(zhǔn)確的峰溫。3，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)儀器的校準(zhǔn)不準(zhǔn)確。4樣品用量的多少。TG中式樣用量多一點(diǎn)好，在側(cè)重感相同的情況下，可以得到較高的相對(duì)精度。： 實(shí)驗(yàn)五 聚合物的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

當(dāng)樣品受到變化著的外力作用時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變。在這種外力作用下，對(duì)樣品的應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系隨溫度等條件的變化進(jìn)行分析，即為動(dòng)態(tài)力學(xué)分析。6.問(wèn)題討論

（1）如何通過(guò)動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀分析共混聚合物兩相相容的情況？ 答：（1）出現(xiàn)一個(gè)力學(xué)損耗峰，說(shuō)明兩相完全相容；（2）當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)力學(xué)損耗峰，但與兩單一聚合物的力學(xué)損耗峰不一致且互相接近時(shí)說(shuō)明兩相不完全相容,（3）當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)力學(xué)損耗峰，但與兩單一聚合物的力學(xué)損耗峰一致時(shí)，說(shuō)明兩相完全不相容。（2）為什么在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)tan?會(huì)出現(xiàn)最大值？ 答：聚合物受到變化著的外力作用時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之前分子鏈很難運(yùn)動(dòng)；在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，力學(xué)損耗達(dá)到最大，隨著溫度上升，力學(xué)損耗先上升；在玻璃化溫度時(shí)達(dá)到峰值，然后下降，力學(xué)損耗最大時(shí)tan?最大。

實(shí)驗(yàn)六 偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶

球晶是從一個(gè)晶核在三維方向上一齊向外生長(zhǎng)而形成的徑向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，由于是各向異性的，就會(huì)產(chǎn)生雙折射的性質(zhì)。因此，普通的偏光顯微鏡就可以對(duì)球晶進(jìn)行觀察，因?yàn)榫酆衔锴蚓г谄怙@微鏡的正交偏振片之間呈現(xiàn)出特有的黑十字消光圖形。

光在各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播速度隨振動(dòng)方向不同而變化，折射率也隨之改變，一般都發(fā)生雙折射，分解成振動(dòng)方向相互垂直，傳播速度不同，折射率不同的兩條偏振光，而這兩束偏振光通過(guò)第二個(gè)偏振片時(shí)只有在與第二偏振軸平行方向的光線可以通過(guò)，而通過(guò)的兩束光由于光程差將會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。

分子鏈的取向排列使球晶在光學(xué)性質(zhì)上是各向異性的，即在平行于分子鏈和垂直于分子鏈的方向上有不同的折光率。在正交偏光顯微晶下觀察時(shí)，在分子鏈平行于起偏鏡或檢偏鏡或檢偏鏡的方向上將產(chǎn)生消光現(xiàn)象。呈現(xiàn)出球晶特有的黑十字消光圖案（稱為Maltase十字）。

球晶在正交偏光顯微鏡下出現(xiàn)Maltase十字的現(xiàn)象可以通過(guò)圖1-2來(lái)理解。圖中起偏鏡的方向垂直于檢偏鏡的方向（正交）。設(shè)通過(guò)起偏鏡進(jìn)入球晶的線偏振光的電矢量OR偏振光方向沿OROR,即

方向。圖1-2 繪出了任意兩個(gè)方向上偏振光的折射情況，偏振光通過(guò)與分子鏈發(fā)生作用，分解為平行于分子鏈η 和分子鏈ε兩部分，由于折光率不同，兩個(gè)分量之間有一定的相差。顯然ε和η不能全部通過(guò)檢偏鏡，只有振動(dòng)方向平行于檢偏鏡方向的分量OF向上，η為零，OR

和OE

能夠通過(guò)檢偏鏡。由此可見(jiàn)，在起偏鏡的方

=η；在這些方

=ε；在檢偏鏡方向上，ε為零，OR向上分子鏈的取向使偏振光不能透過(guò)檢偏鏡，視野呈黑暗，形成Maltase十字。

此外，在有的情況下，晶片會(huì)周期性地扭轉(zhuǎn)，從一個(gè)中心向四周生長(zhǎng)，這樣，在偏光顯中就會(huì)看到由此而產(chǎn)生的一系列消光同心圓環(huán)

五、思考題

1.升溫速率對(duì)Tm的影響? 答：升溫速率很大時(shí)鏈段運(yùn)動(dòng)受內(nèi)摩擦力影響很小，應(yīng)力很快就松弛掉了，分子鏈活動(dòng)能力較強(qiáng)，形成的結(jié)晶比較完善，完善程度差別也小，故熔點(diǎn)較高，熔融溫度范圍較窄，所以Tm相應(yīng)提高。

2，降溫速率對(duì)結(jié)晶溫度的影響？

答；降溫速率越快，結(jié)晶溫度越低；降溫速率越慢，隨著熔體粘度的增加，分子鏈的活動(dòng)性減小，來(lái)不及做充分的位置調(diào)整，則結(jié)晶溫度會(huì)停留在較高溫度上。3聚合物捷徑體生長(zhǎng)依賴什么條件，在實(shí)際生產(chǎn)中如何控制晶體的形態(tài)？答：1控制形成速度：將熔體急速冷卻生成較小球晶，緩慢冷卻則生成較大球晶2采用共聚的方法：破壞鏈的均一性和規(guī)整性，生成小球晶3外加成核劑可獲得甚至更微小的球晶。實(shí)驗(yàn)七 粘度法測(cè)定聚合物的分子量

1，如何測(cè)定mark-houwink方程中的參數(shù)k，α值？

答：將聚合物式樣進(jìn)行分級(jí)，獲得分子量從小到大比均一的組分，然后測(cè)定各組分的平均分子量及特性粘度[η]=kMα，兩邊取對(duì)數(shù)，作圖得斜率和截距。

實(shí)驗(yàn)八 聚合物的蠕變性能實(shí)驗(yàn) 蠕變：在一定溫度和較小的恒定外力（拉力、壓力或扭力等）作用下、材料的形變隨時(shí)間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)原理：從分子運(yùn)動(dòng)和變化的角度來(lái)看，蠕變過(guò)程包括下面三種形變：當(dāng)高分子材料受到外力（?）作用時(shí)，分子鏈內(nèi)部鍵長(zhǎng)和鍵角立刻發(fā)生變化，這種形變量是很小的，稱為普彈形變（?1）。當(dāng)分子鏈通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)逐漸伸展發(fā)生的形變，稱為高彈形變（?2）。如果分子間沒(méi)有化學(xué)交聯(lián)，線形高分子間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移，稱為粘性流動(dòng)（?3）。這種流動(dòng)與材料的本體粘度（?3）有關(guān)。在玻璃化溫度以下鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間很長(zhǎng)，分子之間的內(nèi)摩擦阻力很大，主要發(fā)生普彈形變。在玻璃化溫度以上，主要發(fā)生普彈形變和高彈形變。當(dāng)溫度升高到材料的粘流溫度以上，這三種形變都比較顯著。由于粘性流動(dòng)是不能回復(fù)的，因此對(duì)于線形高聚物來(lái)說(shuō)，當(dāng)外力除去后會(huì)留下一部分不能回復(fù)的形變，稱為永久形變。

蠕變與溫度高低和外力大小有關(guān)，溫度過(guò)低，外力太小，蠕變很小而且很慢，在短時(shí)間內(nèi)不易覺(jué)察；溫度過(guò)高、外力過(guò)大，形變發(fā)展過(guò)快，也感覺(jué)不出蠕變現(xiàn)象；在適當(dāng)?shù)耐饬ψ饔孟?，通常在高聚物的玻璃化溫度以上不遠(yuǎn)，鏈段在外力下可以運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的內(nèi)摩擦力又較大，只能緩慢運(yùn)動(dòng)，則可觀察到較明顯的蠕變現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)八 邵氏硬度測(cè)定

懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn) 1.影響邵氏硬度的內(nèi)因，外因？

答:①試樣厚度的影響：試樣厚度越小，硬度越大；試樣厚度大，硬度值小。②壓針長(zhǎng)度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響③壓針端部形狀對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響④溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，橡膠為高分子材料，其硬度值隨環(huán)境的變化而變化，溫度高則硬度值低。⑤讀數(shù)時(shí)間的影響。2.如何從配方和工藝上提高高聚物材料的沖擊強(qiáng)度？

答：配方：加入適量增塑劑，使聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)能力增加，沖擊強(qiáng)度提高。工藝:適當(dāng)交聯(lián)，使沖擊強(qiáng)度提高；降低球晶大??；進(jìn)行機(jī)械共混；接枝共聚和鏈段共聚。

3硬度試驗(yàn)中為何對(duì)操作時(shí)間要求嚴(yán)格？經(jīng)常會(huì)觀察到硬度測(cè)量計(jì)上的讀數(shù)結(jié)果隨時(shí)間而變化，有些變化快，有些變化慢，這樣在不同的時(shí)刻讀到的數(shù)據(jù)也就會(huì)出現(xiàn)不同。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是各種材料應(yīng)力松弛特性不同所造成，因此為了保證測(cè)試結(jié)果的一致性在進(jìn)行硬度測(cè)試時(shí)須對(duì)測(cè)試操作時(shí)間作嚴(yán)格規(guī)定。

實(shí)驗(yàn)十二 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定聚合物流體的流變性能

實(shí)驗(yàn)原理:將被測(cè)溶液充滿在粘度計(jì)的外筒和內(nèi)筒之間，外筒固定，內(nèi)筒隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)。在內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)地過(guò)程中，其表面受到被測(cè)物料的作用，同時(shí)，電機(jī)的賺子也受到同樣地力矩，該力矩傳遞到可動(dòng)框架并使其偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，測(cè)量彈簧的力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相等而達(dá)到平衡，此時(shí)的刻度值α由刻度盤(pán)讀出，物料的粘度由公式η=Kα得出，流體的流變特性由剪切應(yīng)力τ對(duì)剪切速率Ds作圖即得，η=τ/Ds。實(shí)驗(yàn)十三 動(dòng)態(tài)光散射儀測(cè)定乳液粒徑

（一）動(dòng)態(tài)光散射的基本原理

1.粒子的布朗運(yùn)動(dòng)Brownian motion導(dǎo)致光強(qiáng)的波動(dòng)

微小粒子懸浮在液體中會(huì)無(wú)規(guī)則地運(yùn)動(dòng) 布朗運(yùn)動(dòng)的速度依賴于粒子的大小和媒體粘度，粒子越小，媒體粘度越小，布朗運(yùn)動(dòng)越快。

2.動(dòng)態(tài)光散射儀測(cè)定乳液粒徑實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品有哪些要求？

答：基本要求 樣品應(yīng)該較好的分散在液體媒體中。理想條件下，分散劑應(yīng)具備以下條件: 透明 和溶質(zhì)粒子有不同的折光指數(shù) 應(yīng)和溶質(zhì)粒子相匹配（也就是：不會(huì)導(dǎo)致溶脹, 解析或者締合）掌握準(zhǔn)確的折光指數(shù)和粘度，誤差小于0.5%。干凈且可以被過(guò)濾

粒徑下限 依賴于： 粒子相對(duì)于溶劑產(chǎn)生的剩余光散射強(qiáng)度 溶質(zhì)和溶劑折光指數(shù)差 樣品濃度 儀器敏感度 激光強(qiáng)度和波長(zhǎng) 檢測(cè)器敏感度-雪崩式光電二極管 儀器的光學(xué)構(gòu)造

粒徑上限 :動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量粒子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)/ 布朗運(yùn)動(dòng)

若粒子不進(jìn)行無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)光散射無(wú)法提供準(zhǔn)確粒徑信息 粒子尺寸的上限定義于沉淀行為的開(kāi)始 因此上限取決于樣品 – 應(yīng)考慮粒子和分散劑的密度

樣品濃度上限 對(duì)于高濃度樣品，由動(dòng)態(tài)光散射測(cè)得的表觀尺寸可能會(huì)受到不同因素的影響 多重光散射 – 檢測(cè)到的散射光經(jīng)過(guò)多個(gè)粒子散射

擴(kuò)散受限 – 其他粒子的存在使得自由擴(kuò)散受到限制 聚集效應(yīng) – 依賴于濃度的聚集效應(yīng) 應(yīng)電力作用 –帶電粒子的雙電層相互重疊，因而粒子間有不可忽視的相互作用。這種相互作用將影響平移擴(kuò)散

連續(xù)測(cè)試過(guò)程中光強(qiáng)的變化及多次測(cè)試結(jié)果的Z均直徑發(fā)生改變說(shuō)明什么問(wèn)題？粒子的布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致光強(qiáng)的波動(dòng)，散射光強(qiáng)依賴于粒子的大小，小粒子光強(qiáng)波動(dòng)比較快，在連續(xù)測(cè)試過(guò)程中，光強(qiáng)增強(qiáng)意味著粒子聚集，光強(qiáng)減弱意味著粒子沉淀，粒子溶解，光強(qiáng)無(wú)規(guī)則變化意味著粒子不穩(wěn)定（聚集或分離）多次Z均測(cè)試結(jié)果誤差應(yīng)在1%-2%之內(nèi)，Z均直徑增長(zhǎng)意味著：粒子聚集，溫度不穩(wěn)定（粘度隨溫度變化）Z均直徑下降意味著粒子沉淀，粒子溶解溫度不穩(wěn)定（粘度隨溫度變化）實(shí)驗(yàn)十四 維卡軟化點(diǎn)，熱變形溫度的測(cè)定

1．試說(shuō)明高分子材料耐熱性的含義及表征方法？ 答：高分子材料耐熱性表示在升溫環(huán)境中材料抵抗由于自身的物理或化學(xué)變化引起變形，軟化，尺寸改變，強(qiáng)度下降，其他性能降低或工作壽命明顯減少等地能力。表征方法分為短時(shí)耐熱性試驗(yàn)和長(zhǎng)時(shí)耐熱性試驗(yàn)。

2.試分析維卡軟化點(diǎn)，熱變形溫度測(cè)試原理及影響因素？

答;維卡軟化點(diǎn)：對(duì)水平支撐并置于熱浴槽中以5℃∕6min或12速率升溫的試樣，用橫截面積1mm2的圓形平頭壓針施加1kg或5kg壓載荷，當(dāng)針頭壓入試樣深度1mm的溫度，即維卡耐熱溫度。影響因素：①升溫速率 當(dāng)升溫速率過(guò)快，分子鏈運(yùn)動(dòng)快，軟化時(shí)間越短，維卡軟化點(diǎn)越低②橫截面積 當(dāng)橫截面積過(guò)大時(shí)，探針難壓入樣品，導(dǎo)致維卡軟化點(diǎn)越高③壓針形狀

若壓針針頭呈尖形，剛進(jìn)去樣品越容易導(dǎo)致維卡軟化點(diǎn)越低④壓載荷 壓載荷越大，針頭被壓入樣品越容易，維卡軟化點(diǎn)越低。實(shí)驗(yàn)十五

表面張力及界面張力的測(cè)定 1，影響表面張力的因素？

答: ①液體的種類，不同的液體間的分子間作用力不同;分子間作用力大，便面張力就打：水具有較大的表面張力，而油的表面張力較小。②溫度，當(dāng)溫度升高時(shí)，液體分子間引力減小，同時(shí)其共存蒸汽的密度加大，表面分子受到液體內(nèi)部分子的引力減小，受到氣相分子的引力增大，表面張力減?、郛?dāng)溶液中有雜質(zhì)時(shí)，表面張力也會(huì)發(fā)生變化。2，什么叫牛頓流體?什么叫非牛頓流體？

答：τ=ηr 凡流動(dòng)行為符合該式的流體稱為牛頓流體。不符合牛頓流動(dòng)定律的流體為非牛頓流體。

第四篇：高分子物理思考題

高分子物理簡(jiǎn)答題

1.同樣是都是高分子材料，在具體用途分類中為什么有的是縣委，有的是塑料，有的是橡膠？同樣是純的塑料薄膜，為什么有的是全透明的，有的是半透明的？

答：

高分子材料的用途分類取決于材料的使用溫度和彈性大小，當(dāng)材料的使用溫度在玻璃化溫度Tg以下，是塑料，Tg以上則為橡膠，否則會(huì)軟化。而透明度的問(wèn)題在于該材料是否結(jié)晶，結(jié)晶的塑料薄膜是透明的，非結(jié)晶的則不透明或半透明。

2.假若聚丙烯的等規(guī)度不高，能不能用改變構(gòu)想的辦法提高等規(guī)度？說(shuō)明理由。

答：構(gòu)象：由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子在空間的不同形態(tài)，稱為構(gòu)象。

聚丙烯的等規(guī)度是由構(gòu)型不同的異構(gòu)體所產(chǎn)生的旋光異構(gòu)所引起的，由于頭-頭鍵接的聚丙烯，其有全同立構(gòu)、間同立構(gòu)和無(wú)規(guī)立構(gòu)等異構(gòu)體。而且構(gòu)型是由分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的幾何排列，構(gòu)象僅僅是由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子在空間的不同形態(tài)。所以當(dāng)聚丙烯的等規(guī)度不高時(shí)，用改變構(gòu)象的方法是無(wú)法提高其等規(guī)度的，需要破壞化學(xué)鍵，改變構(gòu)型，才能提高等規(guī)度。

3.理想的柔性高分子鏈可以用自由連接或高斯鏈模型來(lái)描述，但真實(shí)高分子鏈在通常情況下并不符合這一模型，原因是什么？這一矛盾是如何解決的？

答：

在采用自由連接鏈或高斯鏈模型描述理想的柔性高分子鏈時(shí)，我們假設(shè)單鍵在結(jié)合時(shí)無(wú)鍵角的限制，內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)也無(wú)空間位阻，但真實(shí)高分子鏈不但有鍵角的限制，在內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)也存在空間位阻，因此使真實(shí)高分子鏈在通常情況下并不符合這一模型。對(duì)于真實(shí)高分子鏈我們用等效自由結(jié)合鏈來(lái)描述，把由若干個(gè)相關(guān)的鍵組成的一段鏈，算作一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元，鍵稱作“鏈段”，令鏈段與鏈段自由結(jié)合，并且無(wú)規(guī)取向，這種鏈稱為等效自由結(jié)合鏈。

4.高分子溶解過(guò)程與小分子相比，有什么不同？

答：

因?yàn)榫酆衔锓肿优c溶劑分子的大小相差懸殊，兩者的分子運(yùn)動(dòng)速度差別很大，溶劑分子能比較快的滲透進(jìn)入高聚物，而高分子向溶劑的擴(kuò)散卻非常慢，這樣，高聚物的溶解過(guò)程要經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段，現(xiàn)實(shí)溶劑分子滲入高聚物內(nèi)部，是高聚物體積膨脹，稱為溶脹，然后才是高分子均勻分散在溶劑中，形成完全溶解的分子分散的均相體系。整個(gè)過(guò)程往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

5.什么是高分子的理想溶液？塔應(yīng)該符合哪些條件？

答：

高分子溶液的化學(xué)位由理想部分和非理想部分組成，對(duì)于高分子溶液即使?jié)舛群芟∫膊荒芸醋鍪抢硐肴芤?，但是我們可以通過(guò)選擇溶劑和溫度來(lái)滿足Δμ1E=0的條件，使高分子溶液符合理想溶液的條件，稱其為θ條件，這時(shí)的相互作用參數(shù)X=1/2.6.解釋本章附錄中聚合物的結(jié)構(gòu)對(duì)玻璃化溫度的影響。試各另舉一組例子說(shuō)明聚合物的著化學(xué)結(jié)構(gòu)因素對(duì)玻璃化溫度的影響。

答：

（1）

主鏈結(jié)構(gòu)

①

主鏈由飽和單間構(gòu)成的高聚物：高聚物的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘越低，分子鏈的柔性越大，Tg越低。例如：聚乙烯Tg=-68°C，聚甲醛Tg=-83°C，聚二甲基硅氧烷T(mén)g=-123°C

②

珠簾寨紅引入苯基等芳雜環(huán)以后：分子鏈的剛性增大，Tg升高。例如：聚乙烯

Tg=-68°C，聚苯乙烯Tg=100°C

③

主鏈中含有孤立雙鍵的高聚物分子鏈都比較柔順，Tg比較低

④

共軛二烯烴聚合物：由于幾何異構(gòu)體的存在，分子鏈較剛性的反式異構(gòu)體有比較高的Tg

（2）

取代基的空間位阻和側(cè)擊的柔性

①

一取代烯類聚合物：取代基的體積增大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位阻增加，Tg將升高（聚甲基丙烯酸甲酯的側(cè)基增大，Tg反而下降）如果有旋光異構(gòu)體曾在，通常一取代聚烯烴的不同旋光異構(gòu)體，不表現(xiàn)出Tg的差別

②

1.1-二取代的烯類聚合物：作不對(duì)稱取代時(shí)，空間位阻增加，Tg講升高，做對(duì)稱雙取代是，主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘小于單取代位壘，鏈柔順性增加，Tg下降

（3）

分子間的影響

側(cè)基的極性越強(qiáng)，Tg越高。含離子聚合物的離子鍵對(duì)Tg的影響很大。一般正離子的半徑越小，或其電荷量越多，Tg越高。

7.鏈的結(jié)構(gòu)對(duì)粘度的影響

答：①分子量的影響：高聚物的粘性流動(dòng)是分子鏈重心沿流動(dòng)方向位移和鏈間相互劃移的結(jié)果。分子量越大，分子鏈所包含的鏈段數(shù)就越多，為了實(shí)現(xiàn)重心的位移，需要完成的鏈段協(xié)同位移就越多，因此高聚物熔體的剪切粘度隨份子兩的升高而增加，對(duì)于高聚物一般存在一個(gè)臨界分子量Mc，分子量小于Mc時(shí)，高聚物熔體的零切粘度與重均分子量成正比；當(dāng)分子量大于Mc時(shí)，零切粘度與重均分子量的3.4次方成正比，這是由于分子量的纏結(jié)作用引起的，Mc值與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，如果鏈的剛性增加，纏結(jié)傾向會(huì)減少，Mc值會(huì)偏大。

②

分子量分布的影響：分子量分布較窄的單分散高聚物，剪切粘度主要由重均分子量決定。在臨界分子量Mc以上，粘度與重均分子量的3.4次方成正比，因此對(duì)分子量分布較寬的多分散試驗(yàn)，高分子量部分的影響遠(yuǎn)大于低分子量的部分，重均分子量相同的試樣，寬分布的比單分散的試樣有較高的零切粘度。

③

其他結(jié)構(gòu)因素的影響：凡能使Tg升高的因素，也使粘度升高，柔性鏈的粘度比剛性鏈的粘度低。極性高聚物，分子間作用力強(qiáng)，熔融粘度大。

聚乙烯與聚甲基丙烯酸甲酯想必，PMMA的分子間力和空間位阻均大于聚乙烯，所以粘度也大于他

8.溫度對(duì)不同高聚物粘度的影響：溫度升高，熔體的自由體積增加，鏈段的活動(dòng)能力增加，分子間的作用力減弱，使高聚物的流動(dòng)性增大，熔體的粘度隨溫度升高以指數(shù)方式降低，lnη=lnA+ΔEη/RT。一般分子鏈越剛性，或分子間作用力越大，則活化能越高，聚合物的粘度對(duì)溫度越敏感。聚乙烯和PMMA比，PMMA的粘度大于聚乙烯，溫度影響的敏感性也比較大。

9.什么叫高分子的構(gòu)型，什么叫高分子的構(gòu)象？假若聚丙烯的等規(guī)度不高，能不能改變構(gòu)象的方法提高其等規(guī)度？

答：不能。構(gòu)象是由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而引起，而構(gòu)型是由于化學(xué)鍵所固定的原子在空間的排列。提高聚丙烯的等規(guī)度須改變構(gòu)型，而改變構(gòu)型與改變構(gòu)象的方法根本不同。構(gòu)象是圍繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)所引起的排列變化，改變構(gòu)象只需克服單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘即可實(shí)現(xiàn)；而改變構(gòu)型必須經(jīng)過(guò)化學(xué)鍵的斷裂才能實(shí)現(xiàn)。

10.能否用蒸餾的方法提純高分子化合物？為什么

答：不能，由于高分子化合物分子間作用力往往超過(guò)高分子主鏈內(nèi)的鍵合力，所以當(dāng)溫度升高達(dá)氣化溫度以前，就發(fā)生主鏈的斷裂或分解，從而破壞了高分子化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此不能。

11.高分子的θ溶液與理想溶液有哪些相似之處及不同之處？

答：θ溶液的自由能和熱力學(xué)性質(zhì)與理想溶液相似，但高分子θ溶液：是指高分子稀溶液在θ溫度下（Flory溫度），分子鏈段間的作用力，分子鏈段與溶劑分子間的作用力，溶劑分子間的作用力恰好相互抵消，形成無(wú)擾狀態(tài)的溶液。

此時(shí)高分子—溶劑相互作用參數(shù)為1/2,內(nèi)聚能密度為0.而理想溶液三個(gè)作用力都為0，而θ溶液三個(gè)作用力都不為0，只是合力為0。

12.結(jié)晶聚合物為什么會(huì)存在容限？它與聚合物的結(jié)晶形成的溫度存在什么關(guān)系？

答：結(jié)晶聚合物熔融時(shí)出現(xiàn)邊熔融邊升溫的現(xiàn)象是由于結(jié)晶聚合物中含有完善程度的晶體，比較不完善的晶體將在較低溫度下熔融，而比較完善的晶體則需要較高的溫度下才能熔融，因而出現(xiàn)較寬的溫度范圍。

13有兩種乙烯和丙烯的共聚物，其組成相同，但其中一種室溫時(shí)是橡膠狀的，一直到溫度降至-70°C時(shí)才變硬，另一種室溫時(shí)缺是硬而韌又不透明的材料，試解釋它們內(nèi)在結(jié)構(gòu)上的差別？

前者是無(wú)規(guī)共聚物，丙烯上的甲基在分子鏈上是無(wú)規(guī)排列的，這樣在晶格中分子鏈難以堆砌整齊，所以得到一個(gè)無(wú)定形的橡膠狀的透明聚合物，后者是乙烯和有規(guī)立構(gòu)聚丙烯的嵌段共聚物，乙烯和丙烯的嵌段分別形成自己的晶格，形成部分共晶，從而是硬而韌的塑料，且不透明。

14.解釋高彈形變與強(qiáng)迫高彈形變之間的相同點(diǎn)及不同點(diǎn)。

答：高彈性：聚合物處于高彈態(tài)，受到外力作用后，柔性的高分子鏈可以伸展或蜷曲，產(chǎn)生很大的變形，但高分子鏈之間不產(chǎn)生滑移，外力除去后形變會(huì)完全回復(fù)；強(qiáng)迫高彈形變，玻璃態(tài)高聚物在的外力作用下發(fā)生的大形變，其本質(zhì)跟高彈形變一樣，但表現(xiàn)的形式卻有差別，為了與普通的高彈形變區(qū)別開(kāi)來(lái)，通常稱為強(qiáng)迫高彈形變。本質(zhì)相同：都是鏈段運(yùn)動(dòng),不同：強(qiáng)迫高彈形變外力除去不能自動(dòng)回復(fù)，需要加熱，受外力要大的多，發(fā)生在Tb－Tg之間。

15.要使脆性較大的聚合物增韌，又不至于過(guò)多地降低材料的模量和強(qiáng)度，采用什么方法，舉例說(shuō)明。

采用增加非晶相（橡膠相），使共混物或接枝共聚物形成兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)，即剛性的聚合物成連續(xù)相，橡膠為分散相。這樣，當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)，橡膠相可以有效的沖擊能量，使韌性增加，如：高抗沖聚苯乙烯（HIPS）是橡膠粒子與聚苯乙烯接枝共聚，形成橡膠粒子包含在聚苯乙烯中的材料。

16.拉伸一根橡皮筋，迅速放到嘴唇上，你會(huì)感受到橡皮筋變熱還是變冷，試解釋？

答：橡膠彈性是熵彈性，回彈動(dòng)力是熵增，在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，熵減小，放熱；放手即外力移去，分子鏈由伸展再回復(fù)卷曲狀態(tài)，熵增加，吸熱。

17.解釋為什么PE和聚四氟乙烯的內(nèi)聚能相差不多，而熔點(diǎn)相差很大。

解：PE與PTFE都是非極性高分子，分子間作用力差不多，即ΔH差不多。但由于氟原子電負(fù)性很強(qiáng)，氟原子間的斥力很大，分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)很困難，分子剛性很大，從而ΔS很小，Tm很高。

18.由丙烯得到的全同立構(gòu)聚丙烯有無(wú)旋光性?

答：高分子鏈雖然含有許多不對(duì)稱碳原子，但由于內(nèi)消旋或外消旋作用，即使空間規(guī)整性很好的高聚物，也沒(méi)有旋光性。

19.解釋為什么尼龍6在室溫下可溶解在某些溶劑中，而線性的聚乙烯在室溫下卻不能?

解：首先說(shuō)明尼龍和聚乙烯都是結(jié)晶性的聚合物，其溶解首先要使晶區(qū)熔融才能溶解。而尼龍是極性的聚合物，如果置于極性溶劑之中，和極性的溶劑作用會(huì)放出熱量從而使晶區(qū)熔融，繼而溶解。聚乙烯是非極性的聚合物，要使其晶區(qū)熔融只能升溫至其熔點(diǎn)附近，然后溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲胁拍苋芙?。所以聚乙烯在常溫下不能溶解在溶劑之中?/p>

20.什么熱機(jī)械曲線上的轉(zhuǎn)折不如

明晰?

答：因?yàn)門(mén)f與相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)（1分），隨相對(duì)分子質(zhì)量增加，Tf持續(xù)增加（1分）。而高分子的相對(duì)分子質(zhì)量存在多分散性（1分）。使Tf沒(méi)有明晰的轉(zhuǎn)折，而往往是一個(gè)較寬的軟化區(qū)域。

21.說(shuō)明高聚物中兩種斷裂的特點(diǎn)，并畫(huà)出兩種斷裂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

解：高聚物的破壞有兩種形式，脆性斷裂和韌性斷裂。脆和韌是借助日常生活用語(yǔ)，沒(méi)有確切的科學(xué)定義，只能根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和斷面的外貌來(lái)區(qū)分。若深入研究，兩種有以下不同：

（1）韌性斷裂特點(diǎn)：斷裂前對(duì)應(yīng)塑性；沿長(zhǎng)度方向的形變不均勻，過(guò)屈服點(diǎn)后出現(xiàn)細(xì)頸，斷裂伸長(zhǎng)（）較大；斷裂時(shí)有推遲形變，應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性，斷裂耗能大；斷裂面粗糙無(wú)凹槽；斷裂發(fā)生在屈服點(diǎn)后，一般由剪切分量引起，對(duì)應(yīng)的分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理是鏈段的運(yùn)動(dòng)。

（2）脆性斷裂：斷裂前對(duì)應(yīng)彈性；沿長(zhǎng)度方向形變均勻，斷裂伸長(zhǎng)率一般小于5％；斷裂時(shí)無(wú)推遲形變，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近線性，斷裂能耗??；斷裂面平滑有凹槽；斷裂發(fā)生在屈服點(diǎn)前；一般由拉伸分量引起的；對(duì)應(yīng)的分子機(jī)理是化學(xué)鍵的破壞。脆性斷裂與韌性斷裂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖

22.苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）不溶于戊烷（δ=14.5）也不溶于乙酸乙酯（δ=18.6），但是可溶于以上兩溶劑1：1的混合體系里，為什么？

答;

戊烷（δ=14.5）和乙酸乙酯（δ=18.6）的溶度參數(shù)與苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度參數(shù)值相差分別為2和2.1，相差較大，所以不能溶解.。

當(dāng)兩種溶劑1：1的混后，混合溶劑的溶度參數(shù)為：

（14.5＋18.6）/2＝16.55

與苯乙烯—丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度參數(shù)值相差僅為0.05，所以能夠溶解在混合溶劑里。）

第五篇：東北林業(yè)大學(xué) 高分子物理階段-2小結(jié)

高分子物理階段考試-2小結(jié)（2013.11.11）

部分試題參考答案

一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共計(jì)20分）

3、Flory對(duì)高分子物理的貢獻(xiàn)包括（c）

A、結(jié)晶聚合物結(jié)構(gòu)模型 B、自由體積理論

C、Θ狀態(tài)

5、對(duì)于給定相對(duì)分子量的某一聚合物，在何時(shí)溶液的粘度最大（A）A、線形高分子鏈溶于良溶劑中 B、支化高分子鏈溶于良溶劑中 C、線形高分子鏈溶于不良溶劑中

8、PMMA的玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程和PE熔融過(guò)程分別是（C）A、都是力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程 B、都是熱力學(xué)相變過(guò)程

C、前者是力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程，后者是熱力學(xué)相變過(guò)程

9、測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)，降溫速度變慢，Tg將（B）A、變高

B、變低 C、不變

10、下列聚合物在各自的良溶劑中，常溫下不能溶解的是：（B）-非極性晶態(tài)聚合物

A、聚甲基丙烯酸甲酯

B、聚乙烯

C、聚苯乙烯

二、判斷題（每題1分，共計(jì)10分）

1、高分子Θ溶液是理想溶液。（×）

2、高分子與溶劑混合時(shí)，混合體系的體積會(huì)增大。（×）

3、高分子溶液的比濃粘度、比濃對(duì)數(shù)粘度、特性粘數(shù)都與溶液的濃度有關(guān)。（×）

9、聚合物在良溶劑中，高分子線團(tuán)處于松散、伸展?fàn)顟B(tài)，溶液的粘度大。（∨）

10、當(dāng)高分子稀溶液處于Θ狀態(tài)時(shí)，其化學(xué)位為零。（×）

三、名詞解釋（每題2分，共計(jì)20分）

1.哈金斯參數(shù)χ：描述聚合物鏈段與溶劑分子間相互作用的一種參數(shù)，測(cè)定特性粘度時(shí)得到。

第二維利系數(shù)A2：描述聚合物鏈段與溶劑分子間相互作用的一種參數(shù)，通過(guò)光散射或滲透壓測(cè)量。

2.特性粘數(shù)[η]：增比粘度外推至濃度是零處的極限或?qū)?shù)比濃粘度外推至濃度為零處的極限值。

擴(kuò)張因子Χ：表示高分子鏈擴(kuò)張程度的物理量。

3.松弛過(guò)程：聚合物在外界條件改變或受到外力作用時(shí)，通過(guò)分子運(yùn)動(dòng)從一種平衡態(tài)過(guò)渡到另一種平衡態(tài)，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成，這個(gè)過(guò)程稱為松弛過(guò)程。

松弛時(shí)間：聚合物在完成松弛過(guò)程中形變恢復(fù)到原來(lái)的63.2%（1/e）所需的時(shí)間。4.玻璃化轉(zhuǎn)變：非晶態(tài)的堅(jiān)硬固體與柔韌狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。

次級(jí)轉(zhuǎn)變：玻璃化溫度以下側(cè)基、支鏈等小尺寸運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)。5.主期結(jié)晶：聚合物結(jié)晶過(guò)程中球晶獨(dú)立生長(zhǎng)階段。

次期結(jié)晶：結(jié)晶后期由于球晶相遇而影響生長(zhǎng)的結(jié)晶階段。

四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共計(jì)30分）

1、（1）玻璃態(tài)：鏈段凍結(jié)，小尺寸運(yùn)動(dòng)單元和鍵長(zhǎng)及鍵角的運(yùn)動(dòng)。受到外力后形變小，形變與外力大小成正比，模量約10帕，外力去除形變恢復(fù)。（2）玻璃-橡膠轉(zhuǎn)變區(qū)：鏈段以協(xié)同方式運(yùn)動(dòng)，改變構(gòu)象。模量下降1000倍，聚合物行為與皮革相似。（3）橡膠-彈性平臺(tái)區(qū)：鏈段運(yùn)動(dòng)，模量下降為10帕，聚合物呈現(xiàn)橡膠彈性，形變回復(fù)需要一定時(shí)間。（4）橡膠流動(dòng)區(qū)：長(zhǎng)鏈分子由于纏結(jié)視松弛時(shí)間長(zhǎng)短是否流動(dòng)，呈現(xiàn)橡膠彈性和流動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)時(shí)間

69短，物理纏結(jié)來(lái)不及松弛，表現(xiàn)橡膠行為；實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)生解纏結(jié)作用，分子鏈滑移產(chǎn)生流動(dòng)。（5）液體流動(dòng)區(qū)：大分子鏈通過(guò)鏈段的定向協(xié)同運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生位移，從而產(chǎn)生形變。形變隨時(shí)間的發(fā)展而發(fā)展，且不可回復(fù)?！ⅲ悍肿舆\(yùn)動(dòng)和力學(xué)狀態(tài)（答出運(yùn)動(dòng)單元和力學(xué)特征如模量和形變特征）。

2、（1）非晶態(tài)聚合物：溶劑分子滲入聚合物內(nèi)部使高分子體積膨脹——溶脹，高分子分散在溶劑中混合——溶解。（2）交聯(lián)聚合物：由于交聯(lián)鍵的存在只能溶脹而不能溶解。（3）結(jié)晶聚合物：溶解經(jīng)過(guò)結(jié)晶聚合物的熔融和熔融聚合物的溶解。對(duì)于非極性的結(jié)晶聚合物，常溫不溶解只能加熱至熔點(diǎn)附近溶解；極性結(jié)晶聚合物可以選擇適合的極性溶劑室溫溶解。

4、（1）玻璃化轉(zhuǎn)變(Tg)：熵增，鏈段運(yùn)動(dòng)使大分子鏈構(gòu)象數(shù)增加。（2）熔融轉(zhuǎn)變（Tm）：熵增，晶格破壞混亂度增加。

（3）形成晶體：熵減，大分子鏈有序規(guī)整排列構(gòu)象數(shù)減少。（4）拉伸取向：熵減，有序擇優(yōu)排列構(gòu)象數(shù)減少。

5、PE< PP< PET< PTFE。PTFE由于氟原子電負(fù)性很強(qiáng)，氟原子斥力很大，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)很困難，熔融熵ΔS很小，熔點(diǎn)Tm很高；PET由于酯基的極性，分子間作用力很大，熔融焓ΔH大，又由于主鏈含有芳環(huán)，剛性較大，ΔS較小，所以熔點(diǎn)Tm較高；PP由于側(cè)甲基的空間阻礙，增加剛性，ΔS較小，熔點(diǎn)Tm較PE高。